Java 通道教程 – NIO 2.0 - 《HowToDoInJava 中文系列教程》

NIO 通道基础
打开通道
使用通道
关闭通道

原文： https://howtodoinjava.com/java7/nio/java-nio-2-0-channels/

通道是继缓冲区之后的java.nio的第二项重大创新，我们在我之前的教程中已详细了解到。通道提供与 I/O 服务的直接连接。 通道是一种在字节缓冲区和通道另一端的实体（通常是文件或套接字）之间有效传输数据的介质。 通常，通道与操作系统文件描述符具有一对一的关系。通道类提供了维持平台独立性所需的抽象，但仍可以对现代操作系统的本机 I/O 能力进行建模。通道是网关，通过它可以以最小的开销访问操作系统的本机 I/O 服务，而缓冲区是通道用来发送和接收数据的内部端点。

NIO 通道基础

在层次结构的顶部，有Channel接口，如下所示：

package java.nio.channels;
public interface Channel
{
    public boolean isOpen();
    public void close() throws IOException;
}

由于依赖底层平台的各种因素，Channel实现在操作系统之间存在根本性的差异，因此通道 API（或接口）仅描述了可以完成的工作。 Channel实现通常使用本机代码执行实际工作。通过这种方式，通道接口使您能够以受控且可移植的方式访问低级 I/O 服务。

从顶级Channel接口可以看到，所有通道只有两个共同的操作：检查通道是否打开（isOpen()）和关闭打开的通道（close()）。

打开通道

众所周知，I/O 分为两大类：文件 I/O 和流 I/O 。因此，通道有两种类型也就不足为奇了：文件和套接字。 FileChannel类和SocketChannel类用于处理这两个类别。

仅可以通过在打开的RandomAccessFile，FileInputStream或FileOutputStream对象上调用getChannel()方法来获得FileChannel对象。您不能直接创建FileChannel对象。

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile ("somefile", "r");
FileChannel fc = raf.getChannel();

与FileChannel相反，套接字通道具有工厂方法来直接创建新的套接字通道。例如

//How to open SocketChannel
SocketChannel sc = SocketChannel.open();
sc.connect(new InetSocketAddress("somehost", someport));
//How to open ServerSocketChannel
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.socket().bind (new InetSocketAddress (somelocalport));
//How to open DatagramChannel
DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();

上面的方法返回一个相应的套接字通道对象。它们不是RandomAccessFile.getChannel()的新通道的来源。如果已经存在，则它们返回与套接字关联的通道。他们从不创造新的渠道。

使用通道

正如我们已经学习到缓冲区的教程一样，该教程介绍了通道与ByteBuffer对象之间的数据传输。大多数读/写操作由从下面的接口实现的方法执行。

public interface ReadableByteChannel extends Channel
{
        public int read (ByteBuffer dst) throws IOException;
}
public interface WritableByteChannel extends Channel
{
        public int write (ByteBuffer src) throws IOException;
}
public interface ByteChannel extends ReadableByteChannel, WritableByteChannel
{
}

通道可以是单向或双向。给定的通道类可能实现ReadableByteChannel，它定义了read()方法。另一个可能会实现WritableByteChannel以提供write()。实现这些接口中的一个或另一个的类是单向的：它只能在一个方向上传输数据。如果一个类实现两个接口（或扩展两个接口的ByteChannel），则它是双向的，可以双向传输数据。

如果您查看通道类，则会发现每个文件和套接字通道都实现了这三个接口。就类定义而言，这意味着所有文件和套接字通道对象都是双向的。对于套接字来说，这不是问题，因为它们始终是双向的，但是对于文件来说，这是一个问题。从FileInputStream对象的getChannel()方法获得的FileChannel对象是只读的，但是在接口声明方面是双向的，因为 FileChannel实现了ByteChannel 。在这样的通道上调用write()会抛出未选中的NonWritableChannelException，因为FileInputStream总是打开具有只读权限的文件。因此，请记住，当通道连接到特定的 I/O 服务时，通道实例的特性将受到与其连接的服务的特性的限制。连接到只读文件的Channel实例无法写入，即使该Channel实例所属的类可能具有write()方法。程序员要知道如何打开通道，而不要尝试执行底层 I/O 服务不允许的操作。

FileInputStream input = new FileInputStream ("readOnlyFile.txt");
FileChannel channel = input.getChannel();
// This will compile but will throw an IOException 
// because the underlying file is read-only
channel.write (buffer);

ByteChannel的read()和write()方法将ByteBuffer对象作为参数。每个都返回传输的字节数，该字节数可以小于缓冲区中的字节数，甚至为零。缓冲区的位置将增加相同的量。如果执行了部分传输，则可以将缓冲区重新提交给通道以继续传输数据，并从该处停止传输。重复直到缓冲区的hasRemaining()方法返回false。

在下面的示例中，我们将数据从一个通道复制到另一个通道（或从一个文件复制到另一个文件）：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ReadableByteChannel;
import java.nio.channels.WritableByteChannel;
public class ChannelCopyExample
{
    public static void main(String args[]) throws IOException 
    {
        FileInputStream input = new FileInputStream ("testIn.txt");
        ReadableByteChannel source = input.getChannel();
        FileOutputStream output = new FileOutputStream ("testOut.txt");
        WritableByteChannel dest = output.getChannel();
        copyData(source, dest);
        source.close();
        dest.close();
    }
    private static void copyData(ReadableByteChannel src, WritableByteChannel dest) throws IOException 
    {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(16 * 1024);
        while (src.read(buffer) != -1) 
        {
            // Prepare the buffer to be drained
            buffer.flip();
            // Make sure that the buffer was fully drained
            while (buffer.hasRemaining()) 
            {
                dest.write(buffer);
            }
            // Make the buffer empty, ready for filling
            buffer.clear();
        }
    }
}

通道可以在阻塞或非阻塞模式下运行。 处于非阻塞模式的通道永远不会使调用线程进入睡眠状态。所请求的操作要么立即完成，要么返回结果表明未完成任何操作。只能将面向流的通道（例如套接字和管道）置于非阻塞模式。

关闭通道

要关闭通道，请使用其close()方法。与缓冲区不同，通道在关闭后不能重新使用。开放通道表示与特定 I/O 服务的特定连接，并封装了该连接的状态。关闭通道后，该连接将丢失，并且该通道不再连接任何东西。

在通道上多次调用close()是没有害处的。随后在关闭通道上对close()的调用无济于事，并立即返回。

可以想到，套接字通道可能需要大量时间才能关闭，具体取决于系统的网络实现。某些网络协议栈可能会在输出耗尽时阻止关闭。

通道的打开状态可以使用isOpen()方法进行测试。如果返回true，则可以使用该通道。如果为false，则该通道已关闭，无法再使用。尝试读取，写入或执行任何其他需要通道处于打开状态的操作将导致ClosedChannelException。

祝您学习愉快！